【摘要】：從上世紀六十年代起,國內外學者開始對窄矩形通道內流動傳熱展開實驗研究。在核能利用方面,逐漸從大規(guī)模建造核電廠向小型化設備轉變,在一些情況下,如潛艇、大型移動設備供電、孤島供電等,建造大型核電廠是不可行的。為此考慮改變堆芯燃料組件形狀和冷卻劑通道尺寸,堆芯采用板狀燃料組件和窄矩形冷卻劑通道,比如NP工程反應堆,日本的第三代研究堆JRR-3等。尺寸效應使窄矩形通道具有一定的強化換熱。窄矩形通道由于尺寸效應,使得流體具有復雜的流動狀態(tài)和傳熱現象。本文結合NP工程反應堆相關參數和實驗需求,設計搭建了一套熱工水力實驗回路。實驗系統(tǒng)可滿足1.0 MPa的系統(tǒng)壓力,溫度可達到200 ℃,回路體積流量最大為1.7 m3/h。實驗回路具有壓力控制,流量調節(jié),加熱和冷凝功能。根據實際的反應堆運行參數和實驗要求,將流動方向設定為豎直向下流動,并采用雙面加熱方式。實驗流道間隙尺寸為2.3 mm,通道寬度為67 mm(加熱寬度為62 mm),流道長度為1000 mm(加熱長度為750 mm)。對豎直向下流動阻力特性開展等溫強迫循環(huán)實驗,得到了層流和紊流的轉捩雷諾數(Re),Re=3000。與圓管相比,臨界雷諾數變大,過渡區(qū)域消失,對實驗數據進行處理,分別得到了層流區(qū)域和紊流區(qū)域的經驗關系式。與現有的經驗關系式進行計算對比,發(fā)現了在Re≤1600的區(qū)域內,實驗數據與圓管層流解析法計算公式比較吻合,在2300≤Re3000區(qū)域內,實驗數據與Kays公式、馬建的擬合公式比較吻合;在Re3000區(qū)域內,由于高寬比對摩擦系數的影響,使得實驗值小于現有經驗關系式的計算值。對于豎直向下窄矩形通道內單相強迫對流換熱特性,開展不同加熱功率、不同入口溫度、不同體積流量下的單一變量循環(huán)實驗,得到了強迫對流換熱系數的變化規(guī)律:在豎直向下流動、雙面加熱工況下,提高加熱功率、升高主流入口溫度和增加體積流量,均能使換熱系數越大。對現有的對流換熱Nu計算關系式進行評價,發(fā)現了Dittus-Boelter關系式、Gnielinski關系式的計算結果可以較好地預測換熱系數,平均相對誤差在±11%。最后對兩相不穩(wěn)定特性進行研究,實驗結果發(fā)現了汽泡的前期行為(產生,融合,滑移等)會使壓降產生短暫波動后恢復相對穩(wěn)定,隨著熱流密度增加,壓降振蕩幅度增大。對于入口溫度的影響,溫度升高會使壓降振蕩提前發(fā)生,振蕩幅度增大,流量會出現一定周期的波動;對于體積流量的影響,流量越大,發(fā)生壓降振蕩的熱流密度越高。通過可視化觀察得到了在豎直向下流動的過程,增大體積流量可以減小通道內汽泡振蕩位移,增強主流帶走汽泡的能力。本文針對豎直向下流動、雙面加熱條件下的窄矩形通道開展單相及兩相的流動傳熱特性研究,得到壓降傳熱相關變化規(guī)律,豐富冷卻劑在窄矩形通道內的實驗研究數據,對NP反應堆熱工水力學優(yōu)化提供依據。
【圖文】：

第１章緒論逡逑．１研究背景逡逑于核動力的發(fā)展，在注重核電安全性的同時，核電的經濟性也成為要標準之一。就經濟性而言，建造大型反應堆核電廠來提供動力有設備小型化非常重要。板狀燃料組件的冷卻劑道為窄矩形通道，就內的傳熱面積而言，尺寸效應使得窄矩形通道具有一定的強化換熱。件是由板狀燃料和窄矩形冷卻劑通道組成，，因板間距只有２？３邋ｍｍ湊的特點。此外板狀燃料組件中燃料芯體溫度低和燃耗深也是其優(yōu)應用在一體化反應堆和實驗堆堆芯中，如中國工程物理研宄院的ＮＰ、中國原子能科學研宄院的中國先進研宄堆（ＣＡＲＲ）邋［１］和日本的系列（ＪＲＲ－３，邋ＪＲＲ－３Ｍ）邋［２］等，使得堆芯體積與常規(guī)核電廠的相比，以適應海島供電或移動裝置供能的需求。此類型反應堆在國內設計。逡逑ｒ＞＜邐邐邐逡逑

第２章實驗臺架方案設計逡逑第２章實驗臺架方案設計逡逑為了對板狀燃料組件中冷卻劑通道內流動傳熱情況進行研究，搭建了熱驗裝置，可以滿足強迫循環(huán)不同工況參數條件下流動傳熱實驗。本章主系統(tǒng)回路，實驗內容，參數測量方案及不確定性分析等幾個方進行介紹２．１實驗系統(tǒng)回路逡逑基于調研國內外熱工水力實驗回路設計，中國科學技術大學搭建了熱工臺。該實驗裝置主要用于窄矩形通道內單相及兩相流動傳熱實驗研宄�；芈分饕ㄋh(huán)系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)兩部分，其中實驗段的結構設計是臺設計的關鍵部分。實驗臺架３Ｄ模型圖和實驗室實物圖如下圖所示。逡逑
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TL352

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本文編號：2650992